创新助力5G生态系统 陶氏公司有机硅新品完美解决5G手机和基站散热问题
电子发烧友原创 章鹰
近日，据中国信通院最新数据显示：中国已经建成了全球最大的5G 网络，5G终端连接数超过2亿，已经上市的5G手机达到218款。在今年年初召开的2021年全国工业和信息化工作会议上，工信部提出了再建60万5G基站的目标任务，毫无疑问，当下5G产业的发展如火如荼。作为推动5G网络覆盖的重要载体，无论是5G基站、数据中心、还是5G终端设备，与4G时代相比，都产生了诸多新需求。其中，各类设备对于导热材料和散热处理技术也提出了更高的要求。那么应该如何应对5G时代对导热材料的新需求？
图：陶氏公司展台
5G终端设备，以5G手机为例，由于功耗高，基带发热量大，导热问题尤为突出。某网友在知乎网站上吐槽：某厂商手机采用骁龙865芯片加外挂基带，使用30分钟就有明显的发热状况。同时，5G基站内，芯片散热更是成倍增加，且基站小型化、高可靠性和产能都对导热材料提出了更高要求。那么，这些痛点，又该如何解决？陶氏携带创新材料赋予了5G时代散热新方案。在上海慕尼黑电子生产设备展现场，陶氏公司就带来了基于5G生态系统布局的先进材料解决方案。陶氏公司消费品解决方案事业部全球消费电子及通讯市场经理刘荣榕和陶氏公司消费品解决方案事业部消费电子和通讯全球应用技术负责人魏鹏针对公司最新推出的高性能有机硅创新产品和5G市场应用最新趋势进行了解读。
陶氏公司消费品解决方案事业部全球消费电子及通讯市场经理刘荣榕对记者表示：“从4G时代开始，中国就是全球最大的单一通讯市场，占据全球约60%的市场份额。我们相信，未来5年，在5G的发展当中，中国5G市场将占全球通讯网络基础设施60%以上的市场份额。”
作为全球领先的材料公司，陶氏看好中国市场的潜力。陶氏公司一直是以市场导向进行创新研发，这次以5G生态系统端到端解决方案为展会主题，公司认为随着全球尤其是中国5G网络的快速部署，其大带宽、低时延、海量连接等特性，为万物互联带来了新的世界。
“5G网络是一个完整的生态系统，从通讯基础设施，到云计算及数据中心，再到5G智能终端设备，缺一不可。5G生态系统中各项设施及产品带来的全新挑战：散热、电磁屏蔽、稳定性、安全性等技术要求增长迅速。材料解决方案是应对挑战的关键之一。这次展会，陶氏公司在中国市场向全球首发了陶熙TMTC-4083导热凝胶和陶熙TM TC-5550导热硅脂，这些领先的材料创新产品，可以广泛应用于5G基站、汽车、数据中心相关的产品设计当中，提供良好的导热性能和界面性能。” 刘荣榕分析说。
图：陶熙TM品牌的导热凝胶
图：陶熙TM品牌的导热硅脂
陶氏公司消费品解决方案事业部消费电子和通讯全球应用技术负责人魏鹏对记者重点分析了5G基站对材料提出了三大要求。他说：“首先，与4G时代相比，5G基站能耗达到4-5.5倍，芯片发热成倍的增加；并且因为5G基站的小型化趋势，导致一些散热的结构无法做大。因此，从整体设计的角度看，5G基站对导热材料的要求更高。以前用2-3W/mk导热系数的材料就可以解决的问题，到了今天的5G基站，则需要更高的导热系数，更低热阻的材料，才能解决基站小型化、高能耗和散热问题，保证其在较高的功率下的良好运行。
其次，5G基站对可靠性要求高，户外基站工作的环境不仅要考虑到昼夜的温差，还有可能部署在极其恶劣的高低温环境中（零下40度到125度之间），因此要求材料保持高度稳定性。
再者，5G基站呈小型化趋势，且部署成几何数量级猛增，传统上采用导热垫片，手工贴片的作业流程已经无法满足5G基站飞速建设中，对效率及产能的需求了。于是，液体材料的需求应运而生，因为采用液体材料可以进行快速点胶及固化。”
笔者在现场看到，陶氏公司此次全球首发的陶熙™ TC-4083导热凝胶和陶熙™ TC-5550高可靠性导热硅脂，具备几大特性：陶熙™ TC-4083导热凝胶作为一款双组分导热凝胶，具备高达10W/mK（ASTM D5470）的导热率，兼具65g/min的高挤出率，且具有优异的长期热稳定性，可满足消费电子、通讯、汽车等行业中120微米到3mm厚度的导热填缝。陶熙™ TC-5550高可靠性导热硅脂是针对裸晶片设计的独特配方，导热率高达5.3W/mK，热循环后具有出色的抗溢出性能。此外，还有另一款明星产品——陶熙™ TC-3065 导热凝胶，荣获2021年“BIG创新奖”和“爱迪生发明奖”。其具有6.5W/mK的导热率，适用于通讯和数通领域高速光模块导热填缝，固化后无渗油、挥发性有机物（VOC）含量低，可替代预制导热垫片。
今年，全球5G手机出货量预计达到4.5亿部，随着5G时代到来，智能手机产品面临的散热挑战更为严峻。陶氏公司此次展出的一款行业革新的产品是陶熙™ TC-3015可重工导热凝胶，在这款产品诞生之前，智能手机多采用导热垫片或导热泥作为手机芯片导热界面材料。陶熙™ TC-3015 创新地将导热垫片可以重工的特点，以及导热泥可以点胶的工艺优势结合起来，采用完全固化的技术路线，解决了传统材料容易出现渗油、老化后开裂等问题。作为升级版，陶氏公司又研发出了4W/mK导热率的陶熙™ TC-3035可重工导热凝胶，可靠性高、固化后可重工、无残留剥离。
图：陶氏公司为5G手机散热提出的系统解决方案
针对个人电脑、工作站、游戏机主机、服务器CPU等需要高性能导热硅脂的界面应用，陶氏公司推出了陶熙™ TC- 5888导热硅脂，导热率达5.2W/mK，低压下可以实现最薄为0.02mm的界面厚度。此外，在无人驾驶应用中，针对安全性问题，陶熙™ TC- 4040点胶式导热凝胶，为PCB应用需求而设计，具有高可靠性及超高的挤出率——350g/min；应用在高级辅助驾驶系统（ADAS）的载体激光雷达中，有助于更好地应对系统因高功率密度带来的高发热情况，提升驾乘体验，保障驾乘安全。
据悉，凭借在高性能有机硅领域70多年的创新经验及应用优势，陶氏公司除了拥有“陶熙TM（DOWSILTM）”有机硅电子胶品牌，还拥有“熙耐特TM（SiLASTICTM）”有机硅弹性体品牌，针对一些前沿的需求，如可注塑光学而研发的产品系列，也拥有很大的市场需求/潜力。两大产品品牌均拥有丰富的产品组合，可以为市场提供更全面的解决方案。
这些多元化的产品及相关的定制化解决方案能够帮助5G智能设备、通讯基础设施、云计算及数据中心中关键元器件解决在5G时代面临的各类挑战和需求，包括：热管理、电磁屏蔽、粘接与密封、灌封及喷涂、注塑及模压成型部件等。
笔者查询资料显示，即使去年疫情的大环境下，陶氏公司2020年第四季度财报依然显示出了亮丽的业绩。2020年第四季度净销售额为107.06亿美元，同比增长5%，净利润为12.54亿美元。中国是陶氏公司在海外最重要市场之一，近年来不断加大在华投入，建成多个生产基地。今年1月，陶氏公司张家港年产1.2万吨有机硅树脂工厂建成，该工厂是陶氏公司在美国本土以外建立的第一家海外有机硅树脂工厂，也是陶氏公司全球第二家高附加值有机硅树脂生产基地。此外，陶氏公司也积极和5G产业链上更多的客户进行协同创新，相信今年他们在5G导热材料市场将会迎来更大的市场商机。
免责声明：市场有风险，选择需谨慎！此文仅供参考，不作买卖依据。